太阳能电池I-V方程显式近似解研究

【摘要】：从人类第一次提出光生伏特效应开始，太阳能电池I-V特性就作为太阳能电池理论研究的基础，现在我们普遍接受由固体理论推导出的太阳能电池I-V方程。但是此方程是一个隐式超越方程，我们不能运用初等函数完成电流关于电压或者电压关于电流的表达，这就给我们以后的研究在计算和推导过程带来了麻烦。因此许多研究者就想出很多处理办法，为了达到电流或电压的显式表达，但是这些数学处理后得出来的表达式，不是表达式本身复杂，就是表达式参数缺少明确的物理意义，或者计算精度不是很高。 基于上述前人研究不够完善的地方，本文提出太阳能电池I-V方程近似解理论，这样就很容易得出电流电压的显式表达，同时得出的表达式物理意义明确，表达式参数值与最初的太阳能电池I-V方程参数值大小接近。然后对上述的近似解理论模型进行验证，对此模型参数进行求解。 最后本文运用上述近似解理论模型，求解出最大功率电流或者电压的显式表达式。在太阳能电池最大功率输出的问题上，前人在最大功率跟踪算法上，已经提出了三种算法，但是都有一定的不足之处，在此基础上本文提出了另一种跟踪算法：减半步长扰动法。 【关键词】：太阳能电池I-V方程 显式 近似解理论 减半步长扰动法
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 太阳能电池研究的意义9-10
• 1.2 太阳能电池 I-V 方程显式近似解研究的意义10-12
• 1.2.1 太阳能电池 I-V 方程的显式解10-11
• 1.2.2 近似解研究的意义11-12
• 1.3 太阳能电池数学物理模型的由来12-15
• 1.3.1 PN 结掺杂与 PN 结效应12
• 1.3.2 PN 结扩散方程12-13
• 1.3.3 PN 漂移方程13
• 1.3.4 二极管粒子浓度连续性方程和方程的解13-15
• 1.4 太阳能电池理论研究的重点15-16
• 1.5 本文主要研究的内容与创新点16-19
• 第2章 太阳能电池 I-V 方程显式近似解推导过程19-34
• 2.1 国内外 I-V 超越方程研究现状19-22
• 2.1.1 直接求解超越方程法19-20
• 2.1.2 泰勒展开法20-21
• 2.1.3 类椭圆模型21-22
• 2.1.4 权重分配拟合法22
• 2.1.5 理想太阳能电池模型22
• 2.2 半导体二极管电阻化模型假设22-23
• 2.3 I-V 方程的显式近似解23-30
• 2.3.1 R_(sh)=∞且 R_s=0 模型23-24
• 2.3.2 R_(sh)=∞且 R_s≠0 模型24-26
• 2.3.3 R_(sh)≠∞且 R_s=0 模型26-27
• 2.3.4 R_(sh)≠∞且 R_s≠0 模型27-30
• 2.4 工程运算上选择的模型30-31
• 2.5 太阳能电池模型的修正31-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 I-V 特性函数模型检验及参数求解34-50
• 3.1 太阳能电池 I-V 特性测量34-35
• 3.2 拟合数据的软件选择及拟合的方法35
• 3.3 模型拟合程序与拟合的初值35-40
• 3.3.1 模型一拟合与初值求解35-36
• 3.3.2 模型二拟合与初值求解36
• 3.3.3 模型三拟合与初值求解36-38
• 3.3.4 模型四的拟合与初值求解38-40
• 3.4 模型的拟合结果分析40-44
• 3.5 模型参数求解办法44-47
• 3.5.1 各个模型下串联电阻值45
• 3.5.2 各个模型下并联电阻值45-47
• 3.5.3 各模型 I_(ph)、I_0、A 的对应值47
• 3.6 本章小结47-50
• 第4章 太阳能电池最大功率及相关技术50-59
• 4.1 太阳能电池最大功率研究意义50
• 4.2 各模型下最大功率与最佳负载的函数表达50-52
• 4.3 工程上最大功率控制理论52-54
• 4.4 三种最大功率跟踪技术方法54-55
• 4.5 减半步长扰动法55-57
• 4.6 本章小结57-59
• 结论59-60
• 参考文献60-65
• 致谢65

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